Control de los motores serie de corriente continua de una locomotora basado en PLC

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

, , ,

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

"CONTROL DE LOS MOTORES SERIE DE CORRIENTE

CONTINUA DE UNA LOCOMOTORA, BASADO EN PLC"

INFORME DE SUFICIENCIA

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTADO POR:

RAFAEL JULIO LUCERO MELGAREJO

PROMOCIÓN

1999-2

SUMARIO

El presente trabajo tiene por objetivo, diseñar e implementar un sistema de control basado en un Controlador Lógico Programable (PLC), para el sistema electromecánico de arranque, incremento de velocidad y parada de una locomotora extractora de mineral, compuesta por 02 motores serie de corriente continua.

En el capítulo I, se efectúa la descripción del sistema de control actual de la locomotora: sus características generales de operación y descripciones mecánicas. En el capítulo II, se efectúa la descripción en detalle del diseño del sistema de control de los motores serie de corriente continua, es decir:

Se describe el sistema electromecánico a controlar; haciendo uso de un esquema gráfico, - en el cual se indican los dispositivos sobre los que se actuaría y como se efectuaría esto.

Se señalan, además, las secuencias lógicas empleadas para la elaboración del programa de control, mostrando la tabla lógica correspondiente y el detalle del funcionamiento del sistema para cada instrucción ingresada.

Se muestran las características técnicas de los dispositivos constitutivos del sistema de control: contactores de potencia para corriente continua y controlador lógico programable, así como las del software de control SLC-500 de Allen -Bradley.

En el capítulo III se muestra la evaluación técnico-económica efectuada, para la

elección del sistema de control a implementarse, efectuando un análisis técnico

comparativo, así como la comparación de costos respectiva. Además se efectúa la

descripción del prototipo del sistema de control implementado; en el cual se emplea el

mismo modelo de controlador lógico programable utilizado en la solución y relés de

PRÓLOGO

CAPÍTULO I

ÍNDICE

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL ACTUAL DE LA LOCOMOTORA

1.1 Introducción 3

1.2 Motores Serie de Corriente Continua a controlar 4

1.2.1 Características y aplicaciones de los motores serie de corriente continua 4

1.2.2 Aplicaciones Típicas y observaciones generales 4 1.2.� Dispositivos de arranque automático para motores de e.e. 4 1.2.4 Control de velocidad serie-paralelo de motores serie de e.e. 5 1.3 Características eléctricas y mecánicas de la locomotora 8 CAPÍTULO II

DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL DE LOS MOTORES SERIE DE

CORRIENTE CONTINUA

2.1 Descripción del Sistema Electromecánico a controlar

2.2 Descripción del modo de operación del sistema ha controlar

13 15 2.3 Diseño y descripción de la lógica de control para la elaboración del software

VII

2.4 Descripción de los dispositivos constitutivos del Sistema de Control 21

2.4.1 Contactor 27

2.4.2 Controlador Lógico Programable (PLC) 30

2.4.3 Computador personal con software de programación 34

2.5 Formulación del programa de control 34

CAPÍTULO 111

EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA PARA LA IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE CONTROL

3.1 Evaluación técnica de la solución planteada 3.2 Evaluación económica de la solución planteada

3 .3 Descripción del prototipo implementado

CONCLUSIONES

APÉNDICES

BIBLIOGRAFÍA

57

58

60

66

68

PRÓLOGO

La necesidad, en el área de control, de reemplazar los sistemas lógicos constituidos por relés, temporizadores, contadores, etc., o los sistemas electrónicos de aplicaciones a procesos específicos; debido al alto costo que significaba su

mantenimiento o cambio en sus condiciones de operación; motivó al desarrollo de nuevas tecnologías destinadas a satisfacer este requerimiento.

Es así que se logra desarrollar un equipo electrónico dotado de interfases de entrada y de salida, programable en su operación a través de un software, lo que le permite ser un sistema flexible y confiable, eliminando los altos costos de mantenimiento y reemplazo de dispositivos.

A este equipo electrónico se le denominó PLC (Controlador Lógico Programable), el cual soporta condiciones eléctricas y ambientales variables, características de la industria.

En el desempeño de mi labor profesional tuve la ocasión de desarrollar e

implementar un sistema destinado a controlar las secuencias electromecánicas de

2

compuesto por dos motores sene de corriente continua, empleando para ello un

Controlador Lógico Programable (PLC).

El problema que se planteo fue el siguiente:

El sistema electrónico de control de contactores de potencia, correspondiente a una

locomotora extractora de mineral pertenece a la mina Santa Luisa ubicada en el

departamento de Ancash, estaba averiado.

El reemplazo de las tarjetas electrónicas de este sistema, significaba un tiempo elevado (03 meses), por lo cual el propietario solicitó una solución local.

Una empresa dedicada a la reparación de locomotoras, instaló un sistema

electromecánico de contacto de levas, no utilizando para ello, los contactores existentes.

El sistema electromecánico instalado no fue dimensionado adecuadamente por lo

cual falló, es entonces que se solicita una solución electrónica confiable.

La solución planteada fue la siguiente:

Se planteó utilizar un Controlador Lógico Programable (PLC), reutilizando los contactores existentes, debiéndose actuar sólo en las bobinas de estos, empleándose para ello tensiones de 24 VDC, que serian inyectadas a las bobinas a través de relés auxiliares de baja potencia accionados por una fuente DC externa y los contactos del controlador.

Se efectuó un estudio de todas las características con las que debía contar el controlador, con lo cual se determinó cual era el más apropiado.

CAPÍTU LOI

DES C RIPCIÓN DEL SIS TEMA DE CONT ROL AC TUAL DE LA LOCOMOTORA

1.1 Introducción

Actualmente la locomotora extractora de metal se encuentra operativa, con el sistema

de control basado en PLC, montado en la propia locomotora.

Tuvo que diseñarse para el montaje, un gabinete robusto con resortes interiores para

amortiguar al PLC, en casos de choques de la locomotora (muy usuales).

El PLC es alimentado localmente con 24 VDC, proveniente de una batería.

La activación del arranque, variación de velocidades, inversión de dirección y

parada, es efectuada a través de un mecanismo de palanca que proporciona contactos

secos en su variación, forma parte del antiguo sistema de control y está montado en

la consola del operador. El sistema está asociado al contacto correspondiente al

"pedal de hombre muerto", el cual es un dispositivo de seguridad que tienen las

locomotoras y se trata de un sistema en el que el maquinista debe pisar

continu�ente un pedal. En caso de que el maquinista deje de pulsar el pie del pedal,

4

1.2 Motores serie de corriente continua a controlar

Se denomina así a los motores de corriente continua, cuyo arrollamiento de

excitación respecto al arrollamiento del inducido, se encuentra conectado en serie.

1.2.1 Características y aplicaciones de los motores serie de corriente continua.

• Par de arranque%: Muy elevado, hasta 500.

• Par máximo de funcionamiento momentáneo%: Hasta 400.

• Regulación o característica de velocidad %: Muy variable, desde plena carga

a vacío.

• Control de velocidad %: Mediante reóstato en serie.

1.2.2 Aplicaciones Típicas y observaciones generales:

• _{Para motores que requieran pares de arranque muy elevados y cuya velocidad}

variable ajustable sea satisfactoria.

• Este motor se denomina a veces motor de tracción.

• La carga debe estar accionada rígidamente, no mediante correas.

• Para locomotoras, montacargas, grúas, puentes, volquetes.

• Para evitar sobrevelocidades, las cargas más ligeras no deben ser menores

que el 15 o 20 % del par de plena carga.

1.2.3 Dispositivos de arranque automático para motores de e.e.

La palabra automático significa actuando por sí mismo, funcionando por su propio

mecanismo cuando se pone en acción o es impulsado a hacerlo por alguna influencia

impersonal, como por ejemplo el paso del tiempo. En este caso el operador

únicamente pulsa el botón de arranque, incremento de velocidad, parada, marcha

5

completamente automática. El mecanismo activo de un controlador automático es

generalmente un contactor magnético.

Las partes importantes de un arranque automático son: los contactores magnéticos

usados para hacer las conexiones a la línea y para desconectar las resistencias de

arranque; los distintos enclavamientos auxiliares eléctricos y mecánicos y los relés

asociados con el contactor; los interruptores y botones de control, y las resistencias

de arranque.

La parte más importante de cualquier dispositivo de arranque o controlador

automático es el contactor magnético.

En el arranque de tipo automático, las resistencias de arranque se sustituyen por

contactores llamados de aceleración, cuyas bobinas de accionamiento están controladas de acuerdo con el método de aceleración de límite de tiempo definido, por ejemplo ( que es el método que fue empleado para el presente proyecto). Tal

como su nombre lo sugiere, en el método de aceleración de tiempo definido las resistencias se desconectan unas tras otra, a intervalos definidos de tiempo.

1.2.4 Control de velocidad serie-paralelo de motores serie de e.e.

El control a través de variación de conexión con resistencias serie se usa para variar

la velocidad de los motores serie de las locomotoras.

La resistencia produce una caída en la curva de velocidad. Cuando la locomotora está equipada con dos o más motores, se aplica el control serie-paralelo.

Esto es un control combinado reostático y de tensión.

6

S1

Figura 1.1: Motores serie en serie

S2

Figura 1.2: Motores serie en serie

Figura 1.3: Motores serie en serie, sin resistencias de arranque (posición de marcha)

Tl

T2

Pl

P2

Figura 1.5: Un motor serie con la totalidad de resistencias de arranque

Figura 1.6: Motores serie en paralelo

Figura 1.7: Motores serie en paralelo

Figura 1.8: Motores serie en paralelo, sin resistencias de arranque (posición de marcha)

8

En S 1 (ver Figura 1.1) los motores están en serie entre sí y con todos los reóstatos de

arranque.

En S2 (ver Figura 1.2) se han eliminado algunos de los reóstatos de arranque, y en S3

(ver Figura 1.3) el reóstato se ha eliminado por completo y cada motor funciona a la mitad de tensión de línea. En TI (ver Figura 1.4) un motor esta cortocircuitado y todos los reóstatos de arranque están en serie con el otro motor. El control continúa

hasta P3 (ver Figura 1.8), donde ambos motores reciben plena tensión de línea. Las posiciones S3 (ver Figura 1.3) y P3 (ver Figura 1.8) se conocen como posiciones de marcha, debido a que todos los reóstatos están eliminados.

1.3 Características eléctricas y mecánicas de la locomotora

A continuación se indican el equipamiento estándar de la locomotora a controlar y

dimensiones:

• Motores serie:

Dos de 250 VDC, 45kW (60h.p.). (Ver Figura 1.9)

• Controlador:

Controlador de contacto de leva. (Ver Figura 1.1 O)

• Resistencia:

Bobina de aleación tipo cinta. (Ver Figura 1.11)

• Transmisión:

Se efectúa a través de una rueda dentada, que forma parte del eje y el

eje biselado sin fin del motor. (Ver Figura 1.12)

• Frenos de pedal:

Una plancha de hierro de forma de zapato opera directamente un

• _{Frenos de emergencia / parada:}

Se efectúa a través de frenos de disco, asociados al pedal de hombre muerto.

• Ruedas:

Ruedas con riel, de acero de 61 O mm de diámetro, las cuales son frenadas por el mecanismo.

• _Ejes:

De aleación de acero y de gran diámetro.

• Caja de ejes:

Tipo cojinete de rodillos. • _Suspensión:

Caucho adherido al metal para amortiguarlo.

• Marco:

De lámina de acero soldada.

• Acopladores:

Tipo cavidad y conector tipo pasador. Acopladores alternativos están

disponibles.

• Dispositivo de alerta:

Corneta operada eléctricamente.

• _{Colector de corriente:}

Pértiga de trole tipo pantufla. Colectores de corriente del pantógrafo disponibles.

• Focos delanteros:

Luces herméticamente selladas en cada extremo de la locomotora.

• _{Dimensiones de la locomotora:}

Ancho de vías mínimo 600 mm; ancho completo mínimo 1270 mm. (Ver Figura 1.14)

Figura 1.9: Motor Serie DC

.

' .,

Figura 1.1 O: Controlador de contacto de leva

Figura 1.11 : Resistencias

11

Figura 1.12: Transmisión

12

C_Ll�VTON

CAPÍTULO II

DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL DE LOS MOTORES SERIE DE

CORRIENTE CONTINUA

2.1 Descripción del Sistema Electromecánico a controlar.

El diagrama del sistema electromecánico a controlar es el que se muestra a

continuación en la Figura 2.1.

El sistema está compuesto por 02 motores serie de corriente continua de 60 HP a 250

VDC, cada uno; 01 contactor principal (CW) que determina la operación o no del

sistema, se encuentra asociado al "pedal de hombre muerto" de la locomotora; 04

resistencias (Rl, R2, R3 y R4) que están en paralelo con 04 contactores

respectivamente (Cl, C2, C3 y C4), los cuales hacen posible incrementar la

velocidad de los motores al disminuir las resistencias serie del circuito,

incrementando la tensión aplicada a los motores; 03 contactores que hacen posible

poner a los motores en serie o en paralelo (CX, CY y CZ) y 08 contactores

adicionales que hacen posible determinar el sentido de giro de cada motor (CA, CB,

1

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15

Las características de operación de los contactores DC unipolares asociados al

sistema son las siguientes:

• Contactor de apertura y cierre a plena carga: CW.

• Contactor de apertura y cierre a carga parcial: Cl, C2, C3, C4, CX, CY y CZ.

• Contactor de apertura y cierre sin carga: CA, CB, CC, CD, CE, CF, CG y

CH.

Cabe mencionar que el control se efectúa sobre las bobinas de los contactores,

empleándose para ello tensiones de 24 VDC, que serán inyectadas a estas a través de

relés auxiliares de baja potencia accionados por una fuente DC externa y los

contactos del controlador.

2.2 Descripción del modo de operación del sistema ha controlar.

El sistema electromecánico a controlar ha de operar de la siguiente forma:

Se ha de variar la conexión de las resistencias en serie, para variar la velocidad de los

motores serie de la locomotora al incrementarse la tensión aplicada a los motores

serie, dispuestos en serie o en paralelo.

Como la locomotora está equipada con dos motores, se aplica el control sene­

paralelo. Esto es un control combinado reostático y de tensión.

A plena velocidad, la resistencia queda eliminada completamente y ambos motores

funcionan en paralelo a la tensión de línea.

El operador hará uso de una serie de pulsadores dispuestos en la consola de la

locomotora, para determinar la velocidad a la cual se desplazará.

El controlador (PLC), efectuará automáticamente la secuencia de control para los

16

Es necesaria, para todo el proceso de control, la activación del contactor

correspondiente al "pedal de hombre muerto".

2.3 Diseño y descripción de la lógica de control para la elaboración del software

correspondiente.

A continuación se muestra la tabla lógica (TABLA Nº 2.1 ), correspondiente a las

secuencias de control necesarias para el incremento de velocidades de los motores

serie de corriente continua.

Cabe señalar que se han de activar sólo 03 niveles de velocidad, a los cuales fueron

asociados 03 pulsadores:

• El primer nivel agrupará las velocidades 1, 2 y 3 (ver Figuras 2.2, 2.3 y 2.4),

mostradas en la tabla y las secuencias de control correspondientes serán

efectuadas automáticamente. En la velocidad 1 (ver Figura 2.2) los motores

serie se encuentran conectados en serie entre ambos y con la totalidad de

resistencias (04 en total) conectadas también en serie con ellos. En la

velocidad 2 (ver Figura 2.3) los motores serie se encuentran conectados en

serie entre ambos y ahora sólo 03 resistencias (de las 04) permanecen

conectadas también en serie con ellos. En la velocidad 3 (ver Figura 2.4) los

motores serie se encuentran conectados en serie entre ambos y ahora sólo 02

resistencias (de las 04) permanecen conectadas también en serie con ellos.

• El segundo nivel agrupará las velocidades 4, 5 y 6 (ver Figuras 2.5, 2.6 y 2. 7),

mostradas en la tabla y las secuencias de control correspondientes serán

efectuadas automáticamente. En la velocidad 3 (ver Figura 2.5) los motores

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1

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Figura 2.2: Control de velocidad serie de motores serie de corriente continua - Velocidad 1

1 1 1 1 1 1 1 1

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Figura 2.3: Control de velocidad serie de motores serie de corriente continua - Velocidad 2

C4 C3

R2 R1

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Figura 2.4: Control de velocidad serie de motores serie de corriente continua - Velocidad 3

21

resistencia (de las 04) permanece conectada también en serie con ellos. En la

velocidad 5 (ver Fi_gura 2.6) los motores serie se encuentran conectados en

serie entre ambos y ahora ninguna resistencia ( de las 04) permanece

conectada en serie con ellos, aplicándose a cada motor, la mitad de la tensión

de línea. En la velocidad 6 (ver Figura 2.7) los motores serie se encuentran

conectados en paralelo entre ambos y la totalidad de resistencias (04 en total)

conectadas en serie con ellos.

• El tercer nivel agrupará las velocidades 7 y 8 (ver Figuras 2.8 y 2.9),

mostradas en la tabla y las secuencias de control correspondientes serán

efectuadas automáticamente. En la velocidad 7 (ver Fi_gura 2.8) los motores

serie se encuentran aún conectados en paralelo entre ambos y ahora sólo 03

resistencias (de las 04) permanecen conectadas en serie con ellos. En la

velocidad 8 (ver Fi_gura 2.9) los motores serie se encuentran conectados en

paralelo entre ambos y ahora sólo 02 resistencias ( de las 04) permanecen

conectadas en serie con ellos.

En cada cambio de velocidad que involucra apertura de contactores ( en especial para

la conexión paralelo de moto tes), se ha de tener en cuenta los tiempos necesarios

para la extinción de los arcos generados, a fin de garantizar un :funcionamiento

confiable.

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Figura 2.5: Control de velocidad serie de motores serie de corriente continua- Velocidad 4

R3 R2 R1

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Figura 2.6: Control de velocidad serie de motores serie de corriente continua - Velocidad 5

1

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Figura 2.7: Control de velocidad paralelo de motores serie de corriente continua- Velocidad 6

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Figura 2.8: Control de velocidad paralelo de motores serie de corriente continua - Velocidad 7

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Figura 2.9: Control de velocidad paralelo de motores serie de corriente continua - Velocidad 8

27

2.4.1 Contactor: La N.E.M.A. (National Electrical Manufacturers Association)

define un contactor como un aparato que sirve para abrir y cerrar

repetidamente un circuito eléctrico de potencia. Un contactor magnético

funciona por medios electromagnéticos. La Figura 2.1 O muestra un contactor

de corriente continua, de 400 A, con terminales de arco, contactos

principales, bobina de soplado y bobina de accionamiento.

Categoría de servicio

La categoría de serv1c10 está relacionada con el poder de ruptura del

contactor. Las normas han determinado

₅

aplicaciones en corriente continua, que representan las condiciones más

corrientes de utiliz.ación y difieren por los poderes de ruptura exigidos.

Las categorías para corriente continua son:

DCl:

En funcionamiento normal: conexión y desconexión al 100 % de la corriente

nominal del aparato receptor.

En funcionamiento ocasional: conexión y desconexión al 150 % de la

corriente nominal del aparato receptor.

DC2:

En funcionamiento normal: conexión al 250 % de la corriente nominal

( constante de tiempo hasta 2 mseg) y desconexión al 100 % de la corriente

nominal ( constante de tiempo hasta 7 ,5 mseg) del aparato receptor.

En :funcionamiento ocasional: conexión y desconexión al 400 % de la

29

DC3:

En funcionamiento normal: conexión y desconexión al 250 % de la corriente

nominal ( constante de tiempo hasta 2 mseg) del aparato receptor.

En funcionamiento ocasional: conexión y desconexión al 400 % de la corriente nominal ( constante de tiempo hasta 2,5 mseg) del aparato receptor.

DC4:

En funcionamiento normal: conexión al 250 % de la corriente nominal ( constante de tiempo hasta 7 ,5 mseg) y desconexión al 100 % de la corriente nominal ( constante de tiempo hasta 1 O mseg) del aparato receptor.

En funcionamiento ocasional: conexión y desconexión al 400 % de la

corriente nominal ( constante de tiempo hasta 15 mseg) del aparato receptor.

DC5:

En funcionamiento normal: conexión y desconexión al 250 % de la corriente

nominal (constante de tiempo hasta 7,5 mseg) del aparato receptor.

En funcionamiento ocasional: conexión y desconexión al 400 % de la corriente nominal ( constante de tiempo hasta 15 mseg) del aparato receptor.

La constante de tiempo citada resulta del cociente entre la inductancia y la resistencia del circuito. Cabe acotar que en CC generalmente se emplean contactores unipolares. En función de la categoría de servicio, algunas aplicaciones son:

DCl: Cargas puramente resistivas o débilmente inductivas, para calefacción

eléctrica, por ejemplo.

DC2: Motores derivación, con desconexión a motor en rotación, nunca a

motor frenado.

DC3: Motores derivación, con desconexión a motor frenado, inversiones del

30

DC4: Motores serie, con desconexión a motor en rotación, nunca a motor

frenado.

DC5: Motores sene, con desconexión a motor frenado, inversiones del

sentido de giro.

Funcionamiento del contador.

El circuito que se quiere gobernar se conecta a los contactos principales. En

nuestro caso se trata de un contactor unipolar.

• Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la

corriente, mueve el núcleo en su interior y arrastra el contacto,

estableciendo a través de los polos el circuito entre la red y el

receptor.

• Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos.

• La bobina está concebida para resistir los choques mecánicos

provocados por el cierre y la apertura de los contactos y los choques

electromagnéticos debidos al paso de la corriente por sus espiras.

2.4.2 Controlador Lógico Programable (PLC): Se define así a toda máquina

electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial

procesos secuenciales. Realiza funciones lógicas: series, paralelos,

temporizaciones, contajes y otras más potentes como cálculos, regulaciones,

etc. El PLC utilizado es el MicroLogixTM _{1000 1761-L32BWB de Allen­}

-- '.

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Figura 2.11: Controlador Lógico Programable Allen Bradley, MicroLogix 1000 1761-L32BWB

32

Especificaciones generales:

Tipo de memoria: EEPROM de lK (aproximadamente 737

palabras de instrucción; 437 palabras de dato).

Tensión de fuente de alimentación: 20.4 - 26.4 VCC.

Uso de fuente de alimentación:

Ciclos de potencia:

Temperatura de operación:

7VA.

50 000 mínimo.

OºC a 55°C (32 ºF a 131 ºF) para el montaje

horizontal.

OºC a 45ºC (32 ºF a l 13°F) para el montaje

vertical.

Temperatura de almacenamiento: -40ºC a 85°C (-40ºF a 185°F).

Humedad de operación: 5 a 95% sin condensación.

Vibración:

De operación: 5 Hz a 2 KHz, 0.381 mm (0.015 pulg.) pico a pico/2.5 g,

montaje en panel, 1 hr por eje.

Fuera de operación: 5 Hz a 2 KHz, 0.762 mm (0.030 pulg.) pico a pico/5 g, 1

hr por eje.

Impacto:

De operación: Aceleración pico 10g (7.5 g montaje en riel DIN), (11±1 ms de

duración) 3 veces en cada dirección, cada eje.

Fuera de operación: Aceleración pico 20 g (11±1 ms de duración) 3 veces en

cada dirección, cada eje.

Certificación:

• Listado por UL.

• _{Marca CE para todas las directivas aplicables.}

Par tornillo terminal: 0.9 N-m máximo (8.0 pulg-lbs)

Descarga electrostática: IEC801-2 a 8KV

33

Sensibilidad radiada: IEC801-3 a 10 V/m, 27 MHz - 1000 MHz

Fenómenos transitorios rápidos:

Aislamiento:

Especificaciones de entrada:

Cantidad de entradas:

Rango de voltaje:

Voltaje activado:

Voltaje desactivado:

Corriente activada:

Corriente desactivada:

excepto

3 V/� 87 MHz - 108 � 174 MHz - 230

MHz y 470 MHz - 790 MHz

IEC801-4 a fuente de al9imentación de 2 KV,

E/S; comunicación de 1 KV.

1500VCA

20

14 a 30VCC

14 VCC min.

24 VCC nominal

26.4 VCC máx. a 55°C (131ºF)

30.0 VCC máx. a 30ºC (86ºF)

5VCC

2.5 mA mín. a 15 VCC

8.0 mA nominal a 24 VCC

12.0 mA máx. a 30 VCC

Impedancia nominal: 3 Kohms

Capacidad nominal de contactos de relé:

Cantidad de salidas:

Tensión máxima:

Amperes continuos:

Volt-amperes:

12

24VCC

2.0A

28VA

34

2.4.3 Computador personal con software de programación: El software de

programación del PLC utilizado es el SLC-500 de Allen- Bradley (ver

Figuras 2.12 y 2.13). Los requerimientos mínimos del sistema son los

siguientes:

• Sistema operativo Windows 98, 98se, ME, NT4, SP3, 2000

• Procesador Pentium 100 MHz

• _{Memoria RAM de 64M bytes}

• 800x600, 256-color

2.5 Formulación del programa de control

Mediante el uso del programa SLC-500 de Allen- Bradley instalado en una

computadora personal con los requerimientos mínimos indicados, se procedió a

formular mediante el uso de las instrucciones del software, las condiciones de

funcionamiento planteadas en la Tabla Nº 2.1.

37

Listado de Programa: Control de 02 motores de corriente continua

-Archivo procesador: ARRANQUE.ACH.

El listado que se muestra a continuación es el programa desarrollado para

efectuar el control de los 02 motores de corriente continua correspondientes a

una locomotora.

El programa ha sido elaborado mediante el uso del lenguaje escalera.

En el listado se muestra la secuencia lógica que realiza el PLC al efectuarse

cada acción de mando.

Las acciones de mando o contactos de entrada se encuentran denotadas en el

programa por las instrucciones asociadas a 1:0 y el número de entrada

correspondiente; los contactos de salida se encuentran denotados en el

programa por las instrucciones asociadas a 0:0 y el número de salida

correspondiente; las instrucciones denotadas por B3 y T4:* (donde

*

número de temporizador empleado), son contactos y temporizadores lógicos

programados en el PLC para el propósito en particular.

Se observa en el programa, el uso de 07 entradas ( de las 20 disponibles en el

PLC elegido) y 09 salidas (de las 12 disponibles en el PLC elegido), así como

de 07 contactos y 1 O temporizadores lógicos.

Allen-Bradley Co. Software Serie 1747

APS Versión 5. 11

Utilidad de documentación Listando progr.

CONTROL DE 02 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Archivo procesador: ARRANQUE.ACH

Marzo 12, 2003 - 15:34

CONTROL DE 02 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Marzo 12, 2003 Página 1 Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:0

Renglón 2:0

Í-�ii�1

=

1��i1---1

3

)-l

B3

] [

Renglón 2:1

11 B3 I: O 0:0 11

Jl-J C-J [---< >-A

11 o 6 4 11

Renglón 2:2

Jl

_e---<

>-A

11 o 6 _{1 11}

Renglón 2:3

11 B3 I : O B3 O O fl

Jl-1 C-1 c-11c---: Jl

11 O 6 2 ( )-_{5 11}

Renglón 2:4

U B3 I: O To:: ₁₁

A-] [--] [---�TEMP A LA CONEXION -(EN)-A

O 6 Temporizador T4: O -(DN)

Base Tiempo 1.0

Presel 8

Acum O

Renglón 2:5

U B3 T4:0 B3 0:0 Ü

A-][-][

�]/[-,---( )-A

1 DN _B3 2 6

1 [

3

Renglón 2:6

U B3 T4 : O _{rTON 11}

A-] [-] [---lTEMP A LA CONEXION-(EN)-A_{1 DN} Temporizador T4:1 -(DN)

Base Tiempo 1.0

Presel 5

Acum o

Renglón 2:7

i-r'i-1 _T!

=

_i-N-:'

�

1=

;�

:j-:.---?'

11

40

CONTROL DE 02 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Marzo 12, 2003 Página 2 Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACM Renglón 2:8

Renglón 2:8

U 83 T4: 1 I : O To:· 11

A-] [--] [--] [---ITEMP A LA CONEXION1-(EN)-A

1 DN 7 Temporizador T4:2-(DN) _{Base Tiempo 1.0}

Presel 5

Acum O

Renglón 2:9

11 B3 T4 : 2 83 O: O 11

Jl-1 [-1 r-111---< )-A

11 1 DN 2 8 11

Renglón 2:10

U B3 T4 : 2 TO.. ₁₁

A-] [--] [---�TEMP A LA CONEXION1-(EN)-A

1 DN Temporizador T4: 3 ,-.(DN)

Base Tiempo 1.0

Presel 5

Acum O

Renglón 2:11

11 B3 T4 : 3 83 O O 11

1-J c-1 [-JI[---: J.

U 1 DN 2 ( )-9 11

Renglón 2:12

Jl

-] [-] [---lTEMP A LA CONEXIQN,-.(EN)-A

1 DN Temporizador T4 :4 '-(DN)

Base Tiempo 1.0

Presel 5

Acum O

Renglón 2:13

U 83 T4 : 4 I : O ₁₁

A-][-][ � ] [---J ....,---8 ( 3 ) Á

1 � 8

-B3 T4:6 S

1 [-] [

5 DN

Renglón 2:14

l

-J C-J C-J [---< )-A

11 1 5 DN 211

Renglón 2:15

U B3 T4:4 I:0 TO.. ₁₁

A-] [--) [--] [---lTEMP A LA CONEXION'-(EN)-A₁

DN 8 Temporizador T4:5 -(DN)

Base Tiempo 0.01

Presel 50

CONTROL DE 02 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Marzo 12, 2003 Página 3 Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE,ACH Renglón 2:16

Renglón 2:16

U B3 T4 : 4 I : O TOF 11 A-] [-] [-] [---ITEMP A LA DESCONEX�(EN)-A

1 DN 8 Temporizador T4: 6 -(DN) _{Base Tiempo 1.0}

Presel 1

Acum 1

Renglón 2:17

11 B3 T4:5 0:0 11

Jl-1 C-J [---< >-1

11 1 DN 10 11

Renglón 2:18

11 B3 T4:5 0:0 11

A-1 C-J [---< >-1

11 1 DN 11 11

Renglón 2:19

11 B3 T4:5 r-TO-- 11

A-) [--) (---� TEMP A LA CONEXION'--(EN)-l

1 DN Temporizador T4: 7 '--(DN)

Base Tiempo 1.0

Presel 7

Acum O

Renglón 2:20

U B3 T4:7 I:O B3 11

A-)(-)[-][---( )-l

JI

Renglón 2:21

i

-] [-) [-] [---1 TEMP A LA CONEXION'-(EN)-l

1 DN 9 Temporizador T4:8 '-(DN)

Base Tiempo 1.0

Presel 7

Acum O

Renglón 2:22

i

B3 · T4:8 B3 ₁₁

-] [-] [---( )-l

11 1 DN 4 11

Renglón 2:23

_U

1:0 1:0 B3 ₁₁

A-]/[

�) [-r---( )-A

4 5 9

B3

l [

42

CONTROL DE 02 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Marzo 12, 2003 Página 4

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:24

Renglón 2:24

11 B3 To:; lf

A-] (---�TEMP A LA. CONEXION .-( EN)-A

9 Temporizador T4: 13 .-(DN)

Base Tiempo 0.01

Presel 70

Acum O

Renglón 2:25

U T4: 13 O: O 11

A-] [---( )-A

11 DN 1 11

Renglón 2:26

Jl,---1

CONTROL DE 02 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Marzo 12, 2003

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH

RESUMEN OPCIONES REPORT

Asegurar Info Válida X-Ref: Modo Gráfico:

Ancho Página: Longitud Página: Archivo Inicial: Archivo Final: Línea potencia:

Comentarios dirección: Display Dirección:

Comentarios Renglón:

Ref.Cruzada en diag. escalera:

SI SI 80 66 2 15 SI NO NO NO NING

43

44

• Listado de Programa con referencia cruzada: Control de 02 motores de

corriente continua - Archivo procesador: ARRANQUE.ACH

En el listado que se muestra a continuación, se observa los mismos reglones

con instrucciones, mostrados en el listado anterior; mostrando además, cada

una de las instrucciones utilizadas en el reglón de programación

correspondiente ( contactos abiertos, contactos cerrados, bobinas,

temporizadores con retardo a la conexión, temporizadores con retardo a la

desconexión) y señala la ubicación de estas en cada uno de los reglones en los

que se encuentra incluido. Lo cual hace posible una verificación más rápida

Allen-Bradley Co.

Software Serie 1747 APS Versión 5.11

Utilidad de documentación Listando progr.

Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Febrero 24, 2003 - 22:00

+---+

46

Febrero 24, 2003 Página 1

Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:0

Listando progr.

Renglón 2:0

I:0 I:O I:0 B3

-)/ [-+-) [-+-]/ [---(

)-3

1

B3 4

1

+-] [-+

B3/0

-] [- 2:0 2:1 2:2 2:3 2:4

-( )- 2:0 I:0/3

-]/[- 2:0

I:0/4

-] [- 2:0 -)/[- 2:23 I:0/5

-] [- 2:23 -]/[- 2:0

Renglón 2:1

1 -) [-) [---(: )-B3 I:0 O O ₁

B3/0

I:0/6

0:0/4

º 6 4

-] [- 2:0 2:1 2:2 2:3 2:4 -( )- 2:0

-) [- 2:1 2:2 2:3 2:4

-( )- 2:1

Renglón 2:2

1 -] [-º -] (-6---( )� B3 I:O B3 ₁ B3/0

B3/1

I:0/6

-] [- 2:0 2:1 2:2 2:3 2:4

-( )- 2:0

-] [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2

47

Febrero 24, 2003 Página 2

Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:3 Listando progr.

Renglón 2:3

1 -] [-] [-]/[---(. )-B3 I:O B3

°·

B3/0

B3/2

I:0/6

0:0/5

º

-J [- 2:0 2:1 2:2 2:3 2:4

-( )- 2:0

-]/[- 2:3 2:5 2:7 2:9 2:11

-( )- 2:14

-] [- 2:1 2:2 2:3 2:4

-( )- 2:3

Renglón 2:4

B3 I:0 +TON---+

-] [--] [---.'TEMP A LA

CONEXION+-(EN)-0 6 Temporizador T4:0+-(DN)

B3/0

-J

[- 2:0

-( )- 2:0

I:0/6

-) (- 2:1 T4:0

-TON- 2:4

2:1 2:2 2:3

2:2 2:3 2:4

2:4

Base Tiempo 1.0

,

Presel 8

Acum O

Renglón 2:5

B3 T4:0 B3

-) [-] [-+-)/[

---r�-B3/1

B3/2

1 DN

I

B3 2

1

+-) [-+

.3

-J [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2

48

Febrero 24, 2003 Página 3

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:6

B3/3

0:0/6

T4:0/DN

Renglón 2:6

83 T4:0

-J [-] [

-]

[--(

)--(

)--J [-2:5 2:20

2:5

2:5 2:6

+TO1N---+

---+TEMP A LA C0NEXI0N+-(EN)­ 1 DN Temporizador T4:l+-(DN)

B3/1

T4:0/DN

T4:l

Renglón 2:7

Base Tiempo

1.ogl

Presel Acum

-J [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2

-J [- 2:5 2:6

-TON- 2:6

B3 T4:l I:O 83 0:0

-) [-] [-] (-+-)/(-1---(

)-1 DN 7

1 83 2 1 7

B3/1

B3/2

B3/4

I:0/7

+-] [-+

-] [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2

-J/[- 2:3 2:5 2:7 2:9 2:11 -( )- 2:14

-J [- 2:7

-( )- 2:22

49

0:0/7

-( )- 2:7 _{Febrero 24, 2003 Página 4}

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:8

T4:1/DN

-}

e-

Renglón 2:8

B3 T4: 1 I: O +TO---+

-J [-) [-) _{[---+TEMP A LA}

CONEXION+-(EN)-1 DN 7 Temporizador T4:2+-(DN)

B3/1

I: 0/7

Base Tiempo 1.0

�1 Presel

Acum

+---·+

-} [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 _{2:18 2:19 2:20 2:21 2:22}

-( )- 2:2

-) [- 2:7 2:8 T4:1/DN

-J [- 2:7 2:8

T4:2

-TON- 2:8

Renglón 2:9

1 B3 T4:2 B3 O O

1

-J [-) [-)/[---(:

)-B3/l

B3/2

O:0/8

1 DN 2 8

-) [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2 :2

-]/[- 2:3 2:5 2:7 2:9 2:11

-( )- 2: 14

-( )- 2:9 T4:2/DN

-J [- 2:9 2:10

Renglón 2:10

B3 T4: 2 _+To---+

-J [-) _{[---+-'TEMP A LA}

CONEXION+-(EN)-1 DN _{Temporizador T4:3+-(DN)}

Base Tiempo 1.0

Presel 5

50

Febrero 24, 2003 Página 5

Listando _progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:11

B3/1

-]

-( [-

)-2 5 )-2:6 )-2:7 )-2:8 )-2:9 )-2:10 )-2:11 )-2:1)-2 )-2:13 )-2:14 )-2:15 )-2:16 )-2:17 2 18 2:19 2:20 2:21 2:22

2 2

T4:2/DN

-] [- 2:9 2:10

T4:3

-TON- 2:10 Renglón 2: 11

1 -J [-) [-}/(---(. )-B3 T4:3 B3 O•O 1

B3/1

B3/2

0:0/9

1 DN 2 9

-] [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2

-]/[- 2:3 2:5 2:7 2:9 2:11 -( )- 2: 14

-( )- 2:11

T4:3/DN

-J [- 2: 11 2: 12

Renglón 2:12

B3 T4: 3 +TO•»---�

-J [-] [---+TEMP A LA

CONEXION+-(EN)-B3/1

1 DN Temporizador T4:4+-(DN)

Base Tiempo 1.0 ,

Presel 5

Acum O

-) [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2

T4:3/DN

-J [- 2:11 2:12

T4:4

51

Febrero 24, 2003 Página 6

Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:13

Listando progr. Renglón 2:13

B3 T4:4 I:0 B3

-] [-] [-+-) [----+---(

)-1 _{DN 1} 8

1 5

B3/1

B3/5

I:0/8

T4:4/DN

T4:6/DN

B3 T4:6

+-] [-) [-+

5 DN

-]

e-

-( )- 2:2

-] [- 2:13 2:14

-( )- 2: 13·

-]

e-

-] [- 2:13 2:15 2:16

-]

e-

2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17

2:21 2:22

Renglón 2:14

1 B3 B3 T4:6 B3

1 -] [-] [-] [---( )-2

1 5 DN

B3/1

B3/2

B3/5

-) [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2

-J/[- 2:3 2:5 2:7 2:9 2:11 -( )- 2:14

-) [- 2:13 2:14

-( )- 2:13 T4:6/DN

-] [- 2:13 2:14

Renglón 2:15

B3 T4:4 I:0 +TON---+

-] [-] [-] [---4'TEMP A LA CONEXION+-(EN)-_{1 DN 8}

Temporizador T4:5+-(DN) Base Tiempo 0.01

1

Presel 50

52

Febrero 24, 2003 Página 7

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:16

B3/1 -] -( I:0/8 -) T4:4/DN -) T4:5 [- )-

[-2 5 [-2:6 [-2:7 [-2:8 [-2:9 [-2:10 [-2:11 [-2:1[-2 [-2:13 [-2:14 [-2:15 [-2:16 [-2:17 2 18 2:19 2:20 2:21 2:22

2 2

2:13 2:15 2:16

2:13 2:15 2:16

-TON- 2:15 Renglón 2:16

83 T4: 4 I: O +TOF'---+

-) [-) [-) [---+TEMP A LA

DESCONEX+-(EN)-1 DN 8 Temporizador T4:6+-(DN)

Base Tiempo 1.0 �1

83/1

I:0/8

T4:4/DN

T4:6

Renglón 2:17

-) [-] [

Presel

Acum

-) [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2: 2

-) [- 2:13 2:15 2:16

-) [- 2:13 2:15 2:16

-TOF- 2:16

( )-1 B3 T4:5

l DN 0:0 1 10 B3/1 -) -( 0:0/10 -( T4:5/DN -)

)-

e-2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

2:2

2:17

53

Febrero 24, 20 0 3 Página 8

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:18

Renglón 2:18

1

B3 T4 : 5 O• O

1

-] (-] [---(.

)-1 DN 11

B3/1

0:0/11

-] [- 2 5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2 18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2 2

-( )- 2:18

T4:5/DN

-] [- 2:17 2:18 2:19

Renglón 2:19

B3 T4:5 +TO---•

-] [--] _{[---+TEMP A LA}

CONEXION+-(EN)-B3/1

1 DN Temporizador T4:7 +-(DN)

Base Tiempo 1.

0

0

71

Presel

Acum

-) [- 2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

-( )- 2:2 T4:5/DN

-1

e-

T4:7

-TON- 2:19

Renglón 2:20

-) (-] [-) [

1 B3 T4:7 I:0

1 DN 9

---1

3

_>;-I

[-2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

2:2

2:5 2:20

2:20 2:21

54

Febrero 24, 20 0 3 Página 9

Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:21

Listando progr. Renglón 2:21

B3 T4 : 7 I : O +TO +

-] [-] [-] [---+TEMP A LA

CONEXION+-(EN)-1 DN 9 Temporizador T4:8+-(DN)

B3/1

I:0/9

T4:7/DN

T4:8

Renglón 2:22

-] (-] [

Base Tiempo 1.

7 0 0 1 Presel Acum +---...

-] [- 2 5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 _{2 18 2:19 2:20 2:21 2:22}

-( )- 2 2

-1

e-

-1

e-

-TON- 2:21

1 B3 ₁ T4:8

DN ---� 3 )�1 B3/1 -) -( B3/4 -J -( (-

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)-2:5 2:6 2:7 2:8 2:9 2:10 2:11 2:12 2:13 2:14 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:20 2:21 2:22

2:2

2:7 2:22 T4:8/DN

-] [- 2:22

Renglón 2:23

I:0 I:0 B3

-]/ [-+-) [-t---( )-₄

1 B3 S 1 9

B3/9

I:0/4

+-) [-+

9

-J (- 2:23 2:24

-( )- 2:23

55

Febrero 24, 2003 Página 10

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Renglón 2:24

I:0/5

-]

e-

-)/[- 2:0

Renglón 2:24

B3 +TON

-) [ +TEMP A LA

CONEXION+-(EN)-9 Temporizador T4:13+-(DN)

Base Tiempo 0.01 1

Presel 70

Acum o

+ +

B3/9

-] [- 2:23 2:24

-( )- 2:23

T4:13

-TON- 2:24

Renglón 2:25 1

T4: 13 0:0

1

-] [ (

)-DN 1

0:0/1

-( )- 2:25 T4:13/DN

-]

e-

r•gl6n 2,26

Listando progr. Archivo procesador: ARRANQUE.ACH Febrero 24, 2003 RESUMEN OPCIONES REPORT

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SI

NO 80

66

2

15

SI

SI SI SI TODOS

56

CAPÍTULO 111

EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA PARA LA IMPLEMENTACION

DEL SISTEMA DE CONTROL

3.1 Evaluación técnica de la solución planteada:

• El PLC es un equipo electrónico dotado de interfases de entrada y de salid�

programable en su operación a través de un software.

• El sistema soporta condiciones eléctricas y ambientales variables,

características de la industria.

• Es un sistema flexible y confiable, que elimina los altos costos de

mantenimiento y reemplazo de dispositivos en contraposición a la solución

que significaba instalar un sistema electrónico de aplicación especifica, como

el original.

• El PLC elegido para dar solución al problema cuenta con 20 entradas de

contacto seco (se requieren sólo 07), por lo cual, se tiene 13 entradas de

contacto seco adicionales, disponibles para un uso futuro o reprogramación

58

• El PLC elegido para dar solución al problema cuenta con 12 salidas tipo relé

(se requieren sólo 09), por lo cual, se tiene 03 salidas tipo relé adicionales,

disponibles para un uso futuro o reprogramación para características

adicionales de funcionamiento.

3.2 Evaluación económica de la solución planteada:

• El reemplazo del circuito electrónico para el control de la locomotora, que

estaba averiado, tiene una demora de 03 meses, por la importación, y un costo

aproximado de US$ 5000 más el I.G.V. (18%). Este tiempo resulta excesivo,

pues la empresa minera sólo cuenta con O 1 locomotora adicional, que dadas

las nuevas circunstancias, deberá funcionar en forma continua, por lo cual, las

posibilidades de falla se ven incrementadas.

• Una locomotora puede efectuar un viaje de ida y vuelta extrayendo mineral

(Zinc, Plomo) en aproximadamente 45 minutos; en cada viaje puede extraer

120 toneladas de mineral, es decir, 3 840 toneladas de minerales al día. El

tener la segunda locomotora averiada significaría el no extraer

aproximadamente 3 840 toneladas de mineral al día, durante el tiempo que no